Tecnología de células solares fotovoltaicas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
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Los sistemas solares fotovoltaicos son fáciles de operar y no tienen mecanismos de movimiento, pero las propias células fotovoltaicas contienen complejos dispositivos semiconductores similares a los utilizados para fabricar circuitos integrados. El funcionamiento de las fotocélulas se basa en el principio físico en el que una corriente eléctrica surge bajo la influencia de la luz entre dos semiconductores con diferentes propiedades eléctricas que están en contacto entre sí. La combinación de dichos elementos forma un panel o módulo fotovoltaico.
Los módulos fotovoltaicos, debido a sus propiedades eléctricas, producen corriente continua en lugar de corriente alterna. Se utiliza en muchos dispositivos sencillos que funcionan con baterías. La corriente alterna, por el contrario, cambia de dirección a intervalos regulares. Este tipo de electricidad es suministrada por productores de energía y se utiliza para alimentar la mayoría de los electrodomésticos y dispositivos electrónicos modernos. En los sistemas más sencillos se utiliza directamente la corriente continua de los módulos fotovoltaicos. Cuando se necesita corriente alterna, se debe agregar un inversor al sistema, que convierte la corriente continua en corriente alterna.
La producción moderna de células solares se basa casi exclusivamente en silicio. Aproximadamente el 80% de todos los módulos se fabrican con silicio policristalino o monocristalino, mientras que el 20% restante utiliza silicio amorfo. Las células solares cristalinas son las más comunes y suelen ser de color azul con un reflejo. Los amorfos o no cristalinos tienen una apariencia suave y cambian de color según el ángulo de visión. El silicio monocristalino tiene la mejor eficiencia (alrededor del 14%), pero es más caro que el silicio policristalino, que tiene una eficiencia promedio del 11%. El silicio amorfo se utiliza ampliamente en dispositivos pequeños como relojes y calculadoras, pero su eficiencia y estabilidad a largo plazo son mucho menores, por lo que rara vez se utiliza en aplicaciones de energía.
Una fotocélula es un “sándwich” hecho de silicio, la segunda sustancia más abundante en la Tierra. El noventa y nueve por ciento de las células solares modernas están hechas de silicio (Si) y el resto se construyen según el mismo principio que las células solares de silicio. Se aplica una determinada sustancia a una capa de silicio, por lo que se forma un exceso de electrones. Esto da como resultado una capa cargada negativamente (“N”). La otra capa se vuelve deficiente en electrones y queda cargada positivamente ("P"). Cuando se ensamblan junto con conductores, estas dos superficies forman una unión de huecos de electrones sensible a la luz. Se llama semiconductor porque, a diferencia de un cable eléctrico, conduce la corriente en una sola dirección: de negativo a positivo. Cuando se expone al sol u otra fuente de luz intensa, se genera una corriente continua de aproximadamente 0,5 voltios. La corriente (amperios) es proporcional a la energía luminosa (el número de fotones). En cualquier sistema fotovoltaico, el voltaje es casi constante y la corriente es proporcional al tamaño de las células fotovoltaicas y a la intensidad de la luz.
Las células fotovoltaicas están hechas de silicio ultrapuro mezclado en proporciones precisas con otras sustancias determinadas. El sustrato de silicio ultrapuro con el que se fabrican las células solares es muy caro. La cantidad de silicio ultrapuro necesaria para fabricar un módulo fotovoltaico de 50 vatios sería suficiente para alimentar los circuitos integrados de unas dos mil computadoras. Además, las células solares contienen aluminio, vidrio y plástico, materiales económicos y reutilizables.
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